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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 白松根特異啟動(dòng)子PmPsPR10-800驅(qū)動(dòng)TaNHX2基因提高水稻耐鹽性研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 液泡Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在作物耐鹽脅迫中起著重要的作用，提高Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)對(duì)作物耐鹽脅迫具有十分重要的意義。本文利用來自花椰菜花葉病毒(CaMV)35S啟動(dòng)子和美洲東部白松(Pinus strobus) PR10基因啟動(dòng)子PmpsPR10的800 bp序列PmpsPR10-800，分別與來自小麥液泡膜的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因（TaNHX2）構(gòu)建成兩個(gè)植物雙元表達(dá)載體（35S::TaNHX2，PmPsPR10-800::TaNHX2），并轉(zhuǎn)化水稻，以 CaMV35S啟動(dòng)子為對(duì)照，研究PmpsPR10-800對(duì)TaNHX2基因的調(diào)控效果。
- 詳細(xì)介紹：
- 水稻是重要的糧食作物，鹽漬脅迫是導(dǎo)致水稻減產(chǎn)的重要原因之一，培育和推廣具有廣泛適應(yīng)性的水稻耐鹽品種，是利用鹽堿地的一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑。研究發(fā)現(xiàn)提高液泡Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)對(duì)作物耐鹽脅迫具有十分重要的意義。本研究組前期的工作中，利用PCR方法從裸子植物美洲東部白松中克隆了PR10基因的啟動(dòng)子序列（PmPsPR10），利用5’末端刪除，構(gòu)建了啟動(dòng)子不同序列與GUS融合表達(dá)載體并轉(zhuǎn)化煙草和擬南芥，進(jìn)行高效表達(dá)啟動(dòng)子必需最短序列的確定，現(xiàn)已得到PR10基因的一個(gè)800bp序列PmPsPR10-800，發(fā)現(xiàn)該序列具有很強(qiáng)的根表達(dá)特異性，其活性比全長(zhǎng)啟動(dòng)子PmPsPR10活性還高。 本研究利用裸子植物的白松根特異表達(dá)的800bp啟動(dòng)子片段(PmPsPR10-800)與耐鹽相關(guān)基因TaNHX2 的嵌合表達(dá)載體，同時(shí)還構(gòu)建了35S::TaNHX2表達(dá)載體,通過農(nóng)桿菌法轉(zhuǎn)化水稻，以研究TaNHX2 基因的耐鹽機(jī)理、效果以及不同啟動(dòng)子對(duì)該基因表達(dá)的調(diào)控作用，以期得到高度耐鹽的轉(zhuǎn)基因水稻，提高鹽堿地水稻的產(chǎn)量。PCR、Southern和Northern雜交結(jié)果表明：目的基因已經(jīng)整合進(jìn)入水稻基因組并已經(jīng)在水稻體內(nèi)得到表達(dá)。V-ATPase、V-Ppase 和P-ATPase的水解活性檢測(cè)結(jié)果表明，PmPsPR10-800啟動(dòng)子能驅(qū)動(dòng)TaNHX2 基因在根中特異性表達(dá)。耐鹽性試驗(yàn)和農(nóng)藝性狀品比表明，轉(zhuǎn) PmPsPR10 -800::TaNHX2 植株能在150 mM NaCl鹽池中正常生長(zhǎng)，在100 mM NaCl鹽池中正常結(jié)實(shí)；在50 mM鹽池中，PmPsPR10-800::TaNHX2 水稻的田間表現(xiàn)、產(chǎn)量、抗性方面表現(xiàn)良好，具有推廣價(jià)值。 中國(guó)是世界上的農(nóng)業(yè)大國(guó)和植物基因工程發(fā)展較快的國(guó)家，研究該啟動(dòng)子在水稻中對(duì)于外源基因的調(diào)節(jié)作用和在水稻耐鹽抗逆基因工程中的運(yùn)用，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本課題利用來自美洲東部白松PR10基因啟動(dòng)子PmpsPR10的800 bp序列和CaMV 35S啟動(dòng)子分別與來自小麥液泡膜的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因（TaNHX2）構(gòu)建植物雙元表達(dá)載體并轉(zhuǎn)化水稻，研究PmpsPR10-800啟動(dòng)子調(diào)控TaNHX2基因耐鹽脅迫功能。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本研究首次將來自裸子植物白松PmpsPR10-800根特異表達(dá)啟動(dòng)子與小麥Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因構(gòu)建雙元表達(dá)載體轉(zhuǎn)化水稻，研究PmpsPR10-800啟動(dòng)子對(duì)TaNHX2基因的調(diào)控效果，為進(jìn)一步開發(fā)利用PmpsPR10-800啟動(dòng)子抗逆基因資源奠定理論基礎(chǔ)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 根特異的PmPsPR10啟動(dòng)子對(duì)抗逆基因TaNHX2的調(diào)控作用研究，對(duì)水稻耐鹽抗逆基因工程育種具有重要的指導(dǎo)意義，有利于提高水稻抗鹽脅迫能力，加快我國(guó)轉(zhuǎn)基因耐鹽水稻研究與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文利用來自花椰菜花葉病毒(CaMV)35S啟動(dòng)子和美洲東部白松(Pinus strobus) PR10基因啟動(dòng)子PmpsPR10的800 bp序列PmpsPR10-800分別與來自小麥液泡膜的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因（TaNHX2）構(gòu)建成兩個(gè)植物雙元表達(dá)載體（35S:: TaNHX2，PmPsPR10-800::TaNHX2）轉(zhuǎn)化水稻，研究PmpsPR10-800對(duì)TaNHX2基因的調(diào)控效果。結(jié)果表明，松樹PmPsPR10-800啟動(dòng)子能在根部特異性調(diào)控TaNHX2基因的表達(dá)。在150 mM NaCl脅迫處理下，轉(zhuǎn)PmPsPR10-800::TaNHX2基因水稻根中的V-ATPase、V-Ppase 和P-ATPase酶活性顯著高于轉(zhuǎn)35S:: TaNHX2基因水稻和野生型水稻。與野生型植株相比，轉(zhuǎn)PmPsPR10-800::TaNHX2和35S:: TaNHX2基因水稻株系對(duì)鹽脅迫耐受能力均有不同程度的提高，在150 mM NaCl的鹽池中全部生長(zhǎng)良好，其中轉(zhuǎn) PmPsPR10-800::TaNHX2植株能在100 mM NaCl的鹽池中正常結(jié)實(shí)。
獲獎(jiǎng)情況
- Zhou XM, Shi R, Xiang QQ, et al. 2009. Overexpression of TaNHX2 gene driven by Pinus strobus root specific promoter PmPsPR10-800 enhances rice salt tolerance.（submitted to Plant cell report）
鑒定結(jié)果
參考文獻(xiàn)
- Apse M P, Aharon G S, Snedden W A, et al. Salt tolerance confereed by overexpression of a vacuolar Na+/H+ antiporter in Arabidopsis. Science, 1999, 285(5431): 1256-1258 Liu J J, Ekramoddoullah A K M, Piggott N, et al. Molecular cloning of a pathogen/wound-inducible PR10 promoter from Pinus monticola and characterization in transgenic Arabidopsis plants.Planta. 2005, 221: 159-169 Ohta M, Hayashi Y, Nakashima A, et al. Introduction of a Na+/H+ antiporter gene from Atriplex gmelini confers salt tolerance to rice. FEBS Letters, 2002, 532(3): 279-282 Sze H, Li X, Palmgren M G. Energization of plant cell membranes by H+-pumping ATPases: Regulation and biosynthesis. Plant Cell, 1999, 11: 677-689 Zhu J K. Plant salt tolerance. Trends in Plant Sci, 2001, 6(2): 66-71
同類課題研究水平概述
- 在高鹽濃度下植物可以通過質(zhì)膜和液泡膜上的Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，逆Na+ 濃度梯度將Na+ 運(yùn)出細(xì)胞或?qū)a+ 區(qū)隔化在液泡內(nèi)，以維持細(xì)胞質(zhì)Na+ 穩(wěn)態(tài)和Na+/K+ 比相對(duì)穩(wěn)定，減少Na+ 對(duì)胞質(zhì)中細(xì)胞器的毒害。同時(shí)，通過液泡膜上的Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白把Na+ 區(qū)隔化入液泡，又降低了細(xì)胞的滲透勢(shì)，促使細(xì)胞從外界脅迫環(huán)境中吸水以繼續(xù)維持滲透平衡，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)pH值和Na+ 濃度的功能。植物Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性首次在大麥中發(fā)現(xiàn)，其定位于質(zhì)膜，主要與植物對(duì)Na+ 的外排有關(guān)，是植物抗拒鹽離子毒害的首個(gè)屏障。在植物體內(nèi)，質(zhì)膜H+-ATPase利用水解ATP的能量把H+ 從細(xì)胞質(zhì)中泵出細(xì)胞，產(chǎn)生跨膜的H+ 電化學(xué)勢(shì)梯度，提供能量，驅(qū)動(dòng)質(zhì)膜上的Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，使H+ 順其電化學(xué)勢(shì)進(jìn)入細(xì)胞。同時(shí)Na+ 逆其電化學(xué)勢(shì)排出細(xì)胞，以維持胞質(zhì)內(nèi)的低Na+ 水平。在植物中，Zhu等從擬南芥中克隆了SOS1基因(Salt Overly Sensitivity 1)，它編碼一個(gè)質(zhì)膜Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。該蛋白與細(xì)菌和真菌的質(zhì)膜Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白具有很高的同源性。此外，從藍(lán)藻中克隆的質(zhì)膜Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因SynNhaP，可以恢復(fù)大腸桿菌NhaA，NhaB，ChaA突變體的鹽敏感性表型，說明SynNhaP對(duì)在質(zhì)膜上的Na+/H+ 交換，及對(duì)增強(qiáng)植物耐鹽性可能具有重要作用。Apse和Zhang等在油菜和番茄中過量表達(dá)來自擬南芥液泡膜的Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因AtNHX1，發(fā)現(xiàn)油菜和番茄均能夠在200 mM NaCl存在條件下生長(zhǎng)和開花和繁殖下一代。在水稻中過量表達(dá)來自濱藜（Atriplex gmelini）液泡膜的Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因AgNHX1發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因液泡膜Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性是非轉(zhuǎn)基因的8倍，轉(zhuǎn)基因水稻能夠在300 mM NaCl條件下存活三天。為了使Na+/H+ 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在植物體內(nèi)有效發(fā)揮作用，本研究首次將來自裸子植物白松PmpsPR10-800根特異表達(dá)啟動(dòng)子與小麥TaNHX2基因構(gòu)建雙元表達(dá)載體轉(zhuǎn)化水稻，獲得的耐鹽性強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因水稻，研究結(jié)果對(duì)于加快我國(guó)轉(zhuǎn)基因耐鹽水稻研究與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，提高我國(guó)在該領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，培育適宜在鹽堿地種植的水稻優(yōu)異品種具有重要意義。
